پدیده انتشار امواج الکترو مغناطیسی و منابع تولید آن مبدلهای قدرت سوئیچینگ بدلیل مزیتهای زیادی که دارند، محبوبیت زیادی پیدا کرده اند و به عنوان جزء اصلی هر نوع دستگاهی که نیاز به تغذیه دارد، بکار می روند. اما با وجود این همه مزیت، یک عیب اساسی نیز در این منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد و آن تولید نویز با فرکانس بالا است که بدلیل کلیدزنی سریع رگولاتورهای مبدل قدرت با توانهای فوق العاده زیاد، بوجود می آید. در بیشتر کاربردها، ضروری است که نویز را در خارج از منبع تغدیه فیلتر کنند و از انتشار آن با استفاده ازپرده های فلزی محافظی که روی دستگاه کشیده می شود، جلوگیری کنند.
منبع تولید امواج الکترومغناطیسی، تغییرات سریع میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی است. منابع مهم تولید تداخل امواج الکترومغناطیسی، موتورهای الکتریکی (خصوصاً موتورهای با جاروبک و همچنین تکفاز)، رله ها و کلیدهایی که با سرعت زیاد جریان الکتریکی را قطع و وصل می کنند، می باشند. منابع تغذیه سوئیچینگ نیز بدلیل عملکرد کلیدزنی آنها، یکی از منابع مهم بوجود آورنده تداخل امواج الکترومغناطیسی محسوب می شوند. در این منابع تغذیه سوئیچینگ، امواج الکترومغناطیسی بر اثر کلیدزنی سریع ترانزیستور و قطع و وصل سریع جریان ایجاد می شود. همچنین تلفات کلید زنی در زمان روشن کردن و یا خاموش کردن ترانزیستور ها نیز یکی از دلایل ایجاد امواج الکترومغناطیسی است، که در هوا منتشر شده و از آنجایی که دارای هارمونیک های با فرکانس بالایی هستند، بعنوان امواج الکترومغناطیسی مخرب عمل می کنند و روی سیستمهای مخابراتی اثرات نامطلوب می گذارند.
به همین دلیل منابع تغذیه سوئیچینگ را می بایست توسط جعبه های فلزی پوشاند تا از انتشار امواج الکترومغناطیسی در محیط، توسط منابع تغذیه سوئیچینگ جلوگیری شود. به عنوان نمونه می توان به منابع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوترهای شخصی اشاره کرد که در یک جعبه فلزی از آن محافظت می شود، تا بتوان تا حد ممکن از تداخل الکترومغناطیسی توسط منبع تغذیه سوئیچینگ جلوگیری نمود. همچنین در طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ تا حد ممکن باید دقت شود که با بکار گرفتن روشهای مناسب، امواج الکترومغناطیسی را که در فضای اطراف منتشر می شود کاهش داد.
برای درک چگونگی ایجاد تداخل امواج الکترومغناطیسی به یک مثال ساده اشاره می کنم.
در مداری متشکل از یک منبع dc، یک کلید و یک مقاومت که بطور سری با هم بسته شده باشند، با باز بودن کلید فقط یک میدان ثابت الکتریکی بین سیم رفت و سیم برگشت ایجاد می شود.
با بستن کلید علاوه بر میدان الکتریکی بین دو سیم، یک میدان حلقوی مغناطیسی ناشی از عبور جریان از درون سیم نیز بوجود می آید.
حال اگر عمل قطع و وصل کلید با سرعت زیاد انجام شود یک موج الکترومغناطیسی که متغیر با زمان نیز می باشد ایجاد می شود و می تواند براحتی در فضای اطراف سیمها منتشر شود. هر چه سرعت کلیدزنی بیشتر باشد، امواج الکترومغناطیسی تولیدی دارای فرکانس بیشتری می شود و براحتی و با انرژی کمتری می تواند در شعاع بیشتری در فضا انتشار یابد. در یک مدار ساده منبع تغذیه سوئیچینگ نیز با قطع و وصل جریان، یک مولد امواج الکترومغناطیسی است.
در بین پیوند کلکتور- امیتر ترانزیستور، بر اثر قطع و وصل شدن با سرعت زیاد، میزان خیلی زیاد dv/dt وجود دارد که ناشی از شیب خط منحنی ولتاژ در زمان قطع و وصل است. و نیز در خازن di/dt زیادی وجود دارد که آن هم ناشی از شیب خط منحنی جریان در زمان قطع و وصل است. که این مقادیر بالای dv/dt و di/dt می توانند یک موج الکترومغناطیسی شدید را با توان بالا تولید کند.
منبع ایجاد نویز دیگر در منابع تغذیه سوئیچینگ، سیستم یکسوسازی آن می باشد. از آنجایی که یکسوسازها موج ورودی را بصورت گسسته قطع و وصل می کنند، دارای مقدار di/dt زیادی می باشند.
امواج الکترومغناطیسی می توانند توسط هدایت کننده های الکتریکی در فضا منتشر می شوند. کوپلاژهای الکتریکی که توسط خازن، سلف و یا ترانسفورماتور ایجاد می شوند نیز می توانند از طریق فاصله هوایی، امواج الکترومغناطیسی را در فضای اطراف منتشر کنند.
امواج الکترومغناطیسی که در فضا منتشر می شوند عبارتند از:
-۱. نویز منتشر شده از اتصال خروجی سیستم ایزولاسیون به بار.
-۲. نویز منتشر شده از اتصال ورودی قدرت به سیستم ایزولاسیون.
-۳ امواج الکترومغناطیسی منتشر شده از فاصله هوایی در فضا.
-۴. ایزولاسیون منبع قدرت اولیه و بار باعث می شود نویز ورودی به خروجی انتقال یابد و بالعکس.
اثرات مخرب پدیده تداخل امواج الکترومغناطیسی در منابع تغذیه سویچینگ و روشهای کاهش آن
مسأله تداخل الکترومغناطیسی یا EMI در سیستمهای خطی در طیف فرکانسی کوچکتر از 20KHz در منابع تغذیه سوئیچینگ قابل چشم پوشی می باشد. اما با بالا رفتن فرکانس، هارمونیکهای با فرکانس بیشتر از فرکانس اصلی، ایجاد تداخل در باندهای رادیویی و مخابراتی می کنند. از آنجایی که منابع تغذیه سوئیچینگ امروزه در توانهای بالا هم کاربرد های وسیع پیدا کرده اند، این گونه از منابع تغذیه سوئیچینگ به عنوان یک منبع تولید نویز شدید و قوی برای مدارات مخابراتی شناخته می شوند. بنابراین با روشهایی مانند فیلتر کردن ورودی و خروجی و … باید میزان اثر تداخل الکترومغناطیسی را تا حد امکان کاهش داد.
2- پدیده انتشار امواج الکترو مغناطیسی و منابع تولید آن
مبدلهای قدرت سوئیچینگ بدلیل مزیت¬های زیادی که دارند، محبوبیت زیادی پیدا کرده اند و به عنوان جزء اصلی هر نوع دستگاهی که نیاز به تغذیه دارد، بکار می روند. اما با وجود این همه مزیت، یک عیب اساسی نیز در این منابع تغذیه سوئیچینگ وجود دارد و آن تولید نویز با فرکانس بالا است که بدلیل کلیدزنی سریع رگولاتورهای مبدل قدرت با توانهای فوق العاده زیاد، بوجود می آید. در بیشتر کاربردها، ضروری است که نویز را در خارج از منبع تغدیه فیلتر کنند و از انتشار آن با استفاده ازپرده های فلزی محافظی که روی دستگاه کشیده می شود، جلوگیری کنند.
منبع تولید امواج الکترومغناطیسی، تغییرات سریع میدانهای الکتریکی یا مغناطیسی است. منابع مهم تولید تداخل امواج الکترومغناطیسی، موتورهای الکتریکی (خصوصاً موتورهای با جاروبک و همچنین تکفاز)، رله ها و کلید¬هایی که با سرعت زیاد جریان الکتریکی را قطع و وصل می کنند، می باشند. منابع تغذیه سوئیچینگ نیز بدلیل عملکرد کلیدزنی آنها، یکی از منابع مهم بوجود آورنده تداخل امواج الکترومغناطیسی محسوب می شوند. در این منابع تغذیه سوئیچینگ، امواج الکترومغناطیسی بر اثر کلیدزنی سریع ترانزیستور و قطع و وصل سریع جریان ایجاد می شود. همچنین تلفات کلید زنی در زمان روشن کردن و یا خاموش کردن ترانزیستور ها نیز یکی از دلایل ایجاد امواج الکترومغناطیسی است، که در هوا منتشر شده و از آنجایی که دارای هارمونیک¬های با فرکانس بالایی هستند، بعنوان امواج الکترومغناطیسی مخرب عمل می کنند و روی سیستمهای مخابراتی اثرات نامطلوب می گذارند.
به همین دلیل منابع تغذیه سوئیچینگ را می بایست توسط جعبه های فلزی پوشاند تا از انتشار امواج الکترومغناطیسی در محیط، توسط منابع تغذیه سوئیچینگ جلوگیری شود. به عنوان نمونه می توان به منابع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوتر¬های شخصی اشاره کرد که در یک جعبه فلزی از آن محافظت می شود، تا بتوان تا حد ممکن از تداخل الکترومغناطیسی توسط منبع تغذیه سوئیچینگ جلوگیری نمود. همچنین در طراحی منابع تغذیه سوئیچینگ تا حد ممکن باید دقت شود که با بکار گرفتن روشهای مناسب، امواج الکترومغناطیسی را که در فضای اطراف منتشر می شود کاهش داد.
برای درک چگونگی ایجاد تداخل امواج الکترومغناطیسی به یک مثال ساده اشاره می کنم. در مداری متشکل از یک منبع dc، یک کلید و یک مقاومت که بطور سری با هم بسته شده باشند، با باز بودن کلید فقط یک میدان ثابت الکتریکی بین سیم رفت و سیم برگشت ایجاد می شود.
با بستن کلید علاوه بر میدان الکتریکی بین دو سیم، یک میدان حلقوی مغناطیسی ناشی از عبور جریان از درون سیم نیز بوجود می آید.
حال اگر عمل قطع و وصل کلید با سرعت زیاد انجام شود یک موج الکترومغناطیسی که متغیر با زمان نیز می باشد ایجاد می شود و می تواند براحتی در فضای اطراف سیمها منتشر شود. هر چه سرعت کلیدزنی بیشتر باشد، امواج الکترومغناطیسی تولیدی دارای فرکانس بیشتری می شود و براحتی و با انرژی کمتری می تواند در شعاع بیشتری در فضا انتشار یابد. در یک مدار ساده منبع تغذیه سوئیچینگ نیز با قطع و وصل جریان، یک مولد امواج الکترومغناطیسی است. در بین پیوند کلکتور- امیتر ترانزیستور، بر اثر قطع و وصل شدن با سرعت زیاد، میزان خیلی زیاد dv/dt وجود دارد که ناشی از شیب خط منحنی ولتاژ در زمان قطع و وصل است. و نیز در خازن di/dt زیادی وجود دارد که آن هم ناشی از شیب خط منحنی جریان در زمان قطع و وصل است. که این مقادیر بالای dv/dt و di/dt می¬توانند یک موج الکترومغناطیسی شدید را با توان بالا تولید کند.
منبع ایجاد نویز دیگر در منابع تغذیه سوئیچینگ، سیستم یکسوسازی آن می باشد. از آنجایی که یکسوسازها موج ورودی را بصورت گسسته قطع و وصل می کنند، دارای مقدار di/dt زیادی می باشند.